搜索
1课程设计设计题目：单片机CNC装置设计学生姓名：***学号：2009****专业班级：机械设计制造及其自动化09-*班指导老师：丁曙光赵小勇2012年06月28日2摘要随着电子技术的发展，数控（NC）系统有了较大的发展，经历了从硬件数控系统（NC）到计算机数控（CNC）的阶段。CNC区别于早期的NC，无论在控制性能还是在编辑操作方面，其功能都远远多与早期的NC。CNC的主要功能：1.承担加工程序的输入及编辑。2.能识别和运行多种国际上标准化的指令代码。随着CNC的发展，这些加工指令代码越来越多。3.能提供高性能的进给控制功能。4.人机对话相当方便。5.能进行多机通讯及DNC的加工。6.具备一定的故障诊断、反馈控制功能。以上这些功能仅仅是CNC功能的主要部分。随着现代是数控的发展，很多新的功能将不断增加及完善。本设计主要是设计一个单片机CNC装置，要求能实现CNC的基本功能、位置控制及信号处理功能，为实现要求，分析系统应扩展一定容量的RAM、EPROM、实现三轴的进给运动、一个主轴控制，一定数量的辅助动作、一定数量的信息输入、一定量的按键及显示器。关键词：单片机、CNC、数控AbstractWiththedevelopmentofelectronictechnique,hardwarenumericalcontrolsystem(NC)systemdevelopedgreatly,experiencedfromNCtocomputercontrolsystem(CNC).DistinguishfromtheearlystageofNC,nomatterthecontrolperformanceoreditoperation,itsfunctionisfarmorethantheearlyNC.ThemainfunctionsofCNCis:1.Takingtheinputandeditingoftheprograms.2.Theabilitytoanalyzeseveralkindsofinternationalstandardizedinstructioncodes.WiththedevelopingofCNC,manufacturingcodesarebecomingmoreandmore.3.Providinghigh-poweredfeedcontrollingfunction.4.Providingconvenientman-machineconversation.5.Theabilitytoconductmulti-machinecommunicationandtheprocessofDNC.6.Theabilitytodiagnosistroublesandfeedbackcontrolling.TheaboveareonlythemainfunctionsofCNC.Withthedevelopmentofnumericalcontrol,therewillbemoreandmorenewfunctions.ThisdesignforasinglechipCNCequipment,canrealizethebasicfunctionoftheCNCcontrol,positioncontrol,andsignalprocessingfunction,torealizetherequirementanalysis,systemshouldexpandacertaincapacityRAM,anEPROM,realizethethreeaxisfeedingmovement,aspindlecontrol,thenumberofauxiliaryaction,acertainamountofinformationinput,acertainamountofbuttonsanddisplay.Keywords:SCMCNCnumericalcontrol3目录第1章CNC介绍··········································41.1引言················································41.2CNC装置的概念·····································41.3CNC装置的组成·····································4第2章设计任务··········································52.1设计任务············································52.2设计任务分析········································5第3章CNC装置原理图分析与设计··························63.1选择芯片及元器件····································63.2分析列出各个芯片的地址译码表························63.3显示器与键盘接口电路设计····························73.4开关量输入输出电路·································73.5绘制CNC装置原理图··································83.5.1装入所需要的元件库······························83.5.2.放置元件········································83.5.3.电路图布线······································93.5.4.调整、检查和修改································93.5.5.补充完善········································93.6生成网络表（见附件网络表）···························9第4章设计总结·········································10参考文献·················································104第1章CNC介绍1.1引言随着电子技术的发展，数控系统有了较大的发展，计算机数控（CNC）装置是数控系统中的核心。CNC区别于早期的NC。无论在控制性能上还是编辑操作方面，其功能都远远多于早期的NC。现代数控系统，即CNC系统，主要是靠存储程序来实现各种机床的不同控制要求。由下图可知，整个数控系统是由程序、输入与输出设备、计算机数控ＣＮＣ装置、可编程控制器单元、主轴控制单元和速度控制单元等部分组成，习惯上简称为ＣＮＣ系统。ＣＮＣ系统能自动阅读输入载体上事先给定的数字值并将其译码，从而使机床动作并加工出符合要求的零件。1.2CNC装置的概念计算机数控（CNC）装置是数控系统中的核心。它是借助于微机结合必要的硬件构成的装置。现在我们统称为CNC，即ComputerNumericallyControlledsystem.CNC系统的核心是CNC装置。CNC装置实质上是一种专用计算机，它除了具有一般计算机的结构外，还有和数控机床功能有关的功能模块结构和接口单元。CNC装置由硬件和软件两大部分组成。硬件是基础，软件必须在硬件的支持下运行；软件是灵魂，离开软件，硬件便无法工作；两者相辅相成，缺一不可。硬件的集成度、位数、运算速度、指令系统和内存容量等在很大程度上决定了数控装置的性能，然而高水平的软件又可以弥补硬件性能的某些不足。CNC装置在采用微处理机和微型计算机以后，它的性能和可靠性大大提高，而成本却不断下降，其优越的性能价格比，促进了数控机床迅速发展。1.3CNC装置的组成CNC装置的工作过程是在硬件的支持下，执行系统软件的过程，数控装置的控制功能在很大程度上取决于硬件结构。CNC装置的硬件结构按照控制功能的复杂程度可分为单微处理机硬件结构和多微处理机硬件结构。图所示为单微处理机硬件结构框图，由图可见，单微处理机硬件结构包括了微型计算机系统的基本结构：微处理器和总线、存储器和接口等。接口包括I/O接口、串行接口、MDI/CRT接口，还包括数控技术中的控制单元部件接口电路以及其他选件接口等。CNC装置有以下部分组成：（1）微处理器CPU，它是CNC装置的核心，在CNC装置中常用的有8位、16位、32位的微处理器。对于中、低档的数控系统一般采用8位或16位微处理器（如M6800，Z80，MCS-51等芯片）；对于高档的数控系统一般采用32位微处理器，如Intel80386等微处理器。（2）存储器，存储器分为固化存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。ROM主要用来存储数控系统的控制软件，RAM用来存储用户的零件加工程序和数据。5（3）输入/输出设备接口，这部分主要指与键盘、显示器等人机对话设备的接口电路，以及数据通信接口电路。（4）开关量输入/输出接口。（5）位置控制装置，实现对驱动装置进行控制的电路。第2章设计任务2.1设计任务任务：设计一个单片机CNC装置，要求能实现CNC的基本的功能控制、位置控制、及信号处理功能，为实现要求，分析系统应扩展一定容量的RAM、EPROM、实现三轴的进给运动、一个主轴控制，一定数量的辅助动作、能输入8个开关量信号和输出8个开关量控制信号、一定量的按键及8位LED动态显示显示。单片机采用INTEL8031CPU,及必要的其它外围芯片如（74LS138,74LS373,8255A等等）。设计题目：ROM：8K（4）RAM：8K（1）电机及控制方式：三相步进按键数：262.2设计任务分析根据该设计任务要求，CPU选用经典且经济实用的MCS-51系列单片机，本设计选用8031，扩展8KRAM，选用1片6264RAM存储器芯片，选用4片2716芯片扩展8KEPROM，8位LED动态显示需要两个8位端口，26个按键的键盘采用行列式键盘需要两个8位端口，用一片INTEL8255或INTEL8155实现键盘和显示，8个开关输出量信号灯采用8位信号I/O口进行驱动，如采用74LS245,74LS373等芯片，开关量信号输入采用74LS245或74LS244实现，三个三相步进电机需要9个I/O口，选用一片INTEL8255或INTEL8155实现。系统译码采用全地址译码方法，用74LS139实现，再用74LS138扩展接口。由于采用三相步进驱动，不必采用A/D和D/A转换器。6第3章CNC装置原理图分析与设计3.1选择芯片及元器件根据题目及设计要求和设计分析，选择如下芯片：1片8031CPU1片62644片27162片8255A2片74LS3731片74LS1381片74LS242其它器件如电阻RES1-RES4、电容CAP、晶体振荡器CRYSTAL、RESPACK4、8位7段显示器DPY_7-SEG_DP、键盘SW-PB。3.2分析列出各个芯片的地址译码表对于RAM和I/O容量较大的系统，当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时，常采用全地址译码方法。它将低地址作为片内地址，而用译码器对高位地址线进行译码，译码器输出的地址选线用作片选线。本设计采用了8KRAM的62128芯片，其片内地址线是14根，地址总线AB上只剩下2根，74LS139译码器的输入端点用2根最高位地址线，剩余的14根低位地址线可作为片内地址选线。因此，译码器的4根输出分别对应4个16K字节地址空间。但4根片选线显然不够，还要将其中的一根用74LS138继续扩展，系统的全地址译码表如表1所示表174LS138的逻辑功能1GAG2BG2CBA7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0Y100000111111101000011111110110001011111011100011111